水力沖孔預(yù)抽瓦斯在胡底煤業(yè)的應(yīng)用

張 鵬

(晉煤集團(tuán) 胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048214)

隨著煤礦開(kāi)采不斷向深水平延伸，高地應(yīng)力與高瓦斯壓力嚴(yán)重制約著煤礦安全生產(chǎn)。為此，專家學(xué)者不斷研究保護(hù)煤層的開(kāi)采，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)煤層的卸壓增透作用，避免發(fā)生煤與瓦斯突出事故，并且都取得了一定成果。然而，對(duì)于胡底煤業(yè)1310工作面煤層而言，不具備保護(hù)煤層，因此其開(kāi)采難度相對(duì)較大。之前在底板穩(wěn)定巖層中布置底抽巷，對(duì)1310煤層瓦斯通過(guò)穿層鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，但無(wú)法達(dá)到預(yù)定效果，主要由于地應(yīng)力高、瓦斯含量高，造成局部區(qū)域鉆孔成孔困難、塌孔嚴(yán)重、抽采達(dá)標(biāo)難度大，為此，提出采用水力沖孔的方案，利用高壓水源實(shí)現(xiàn)對(duì)原有鉆孔的水力造穴，取得了不錯(cuò)的效果。

1 礦井概況

晉煤集團(tuán)胡底煤業(yè)位于山西省沁水縣胡底鄉(xiāng)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)t，屬于突出礦井；主采3號(hào)煤層，煤質(zhì)松軟，透氣性差，分上下兩層開(kāi)采，先采上分層，后采下分層，上、下分層設(shè)計(jì)采高分別為2.85 m和2.86 m，內(nèi)錯(cuò)5 m布置。根據(jù)瓦斯預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，胡底煤業(yè)3號(hào)煤層最大瓦斯壓力為3.67 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)家安全規(guī)定。煤層瓦斯壓力對(duì)安全生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響，原有底抽巷穿層鉆孔無(wú)法滿足低滲透性煤層瓦斯的抽采，因此，有必要對(duì)煤層采取卸壓增透措施，提高瓦斯解吸率，使吸附態(tài)瓦斯極大地轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)瓦斯，實(shí)現(xiàn)瓦斯最大程度抽采。

2 水力沖孔消突原理及鉆孔設(shè)計(jì)

2.1 消突原理

胡底煤業(yè)的水力沖孔是在原有穿層鉆孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行的消突措施，對(duì)1310-2號(hào)底抽巷實(shí)施水力沖孔有兩方面優(yōu)勢(shì)：一方面可以利用高壓水射流對(duì)煤層進(jìn)行沖刷，形成洞穴，為煤體膨脹變形提供足夠空間，提高煤體透氣性，起到局部卸壓的作用，為地應(yīng)力轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件；另一方面，水力沖孔過(guò)程中能夠利用水力作用增加煤體塑性，濕潤(rùn)煤體，降低煤體表面活性能，有利于煤體彈性勢(shì)能的降低，減小瓦斯膨脹能，有效提高煤體中殘存瓦斯的解吸速度。因此，水力沖孔的應(yīng)用，不僅對(duì)于瓦斯抽采濃度的提高具有顯著效果，而且對(duì)于高瓦斯煤礦的防突也具有重要作用。

2.2 水力沖孔流程

水力沖孔是利用原有穿層鉆孔進(jìn)行二次沖孔，因此實(shí)施過(guò)程中，在煤層中穿入高壓水射流專用鉆頭，鉆頭水射流壓力保持在20 MPa、流量穩(wěn)定在180 L/min，這樣可以保證周圍煤體在高壓水射流的作用下形成大量孔洞裂隙，為瓦斯解吸提供順暢通道，提高瓦斯抽采濃度。

為保證瓦斯最大程度的抽采，不影響采空區(qū)瓦斯抽采效果，應(yīng)提前關(guān)閉進(jìn)入采場(chǎng)的控制閥門，并在進(jìn)入采空區(qū)4 m后再打開(kāi)閥門，確保瓦斯的充分抽采。

2.3 鉆孔設(shè)計(jì)

水力沖孔出煤量達(dá)到鉆孔影響區(qū)域內(nèi)煤體的1%～3%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)沖孔區(qū)域煤體裂隙最大范圍擴(kuò)張，煤層透氣性大幅度增加，鉆孔瓦斯抽采效率得到明顯提升。胡底煤業(yè)底抽巷在進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)將出煤量的比例取為2%，為了提高現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可操作性，按照每米鉆孔出煤量為0.5 t計(jì)算，設(shè)計(jì)出底抽巷水力沖孔參數(shù)，鉆孔布置如圖1所示。

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在1310回風(fēng)巷兩側(cè)3號(hào)煤層，兩側(cè)煤層鉆孔對(duì)稱布置，煤層底板巖層中設(shè)置底抽巷，距離底板12 m，利用該底抽巷向工作面均勻施工穿層鉆孔，鉆孔布置見(jiàn)煤密度為3m×1m，呈網(wǎng)格狀布置，沿底板走向每隔20m布置1個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)分兩組鉆孔布置，每組布置3～4排鉆孔，一翼單組布置9個(gè)鉆孔，雙組布置8個(gè)鉆孔，共布置32個(gè)鉆場(chǎng)，264個(gè)穿層鉆孔。每個(gè)鉆場(chǎng)有效抽采半徑達(dá)到60m左右，滿足1310工作面3號(hào)煤層瓦斯抽采覆蓋范圍，但卸壓效果、抽采效果都不理想，所以，在原鉆孔基礎(chǔ)上實(shí)施水力沖孔，提高瓦斯抽采力度，降低煤層瓦斯壓力，為安全生產(chǎn)提供了保障。

圖1 鉆孔布置

3 水力沖孔綜合效果分析

1310-2號(hào)底抽巷水力沖孔與原鉆孔相關(guān)瓦斯抽采數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 1310-2號(hào)底抽巷水力沖孔前后抽采數(shù)據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)比分析可知：普通鉆孔抽采后煤層瓦斯最大壓力達(dá)到3.67 MPa，采用水力沖孔措施抽采后煤層瓦斯最大壓力下降至0.69 MPa，說(shuō)明水力沖孔措施對(duì)煤層卸壓效果良好；水力沖孔后鉆孔的抽放濃度提高了12%，抽放量提高了56%，說(shuō)明此項(xiàng)措施提高了瓦斯在煤層中的滲透性，表明水力沖孔措施提高了瓦斯抽采效果，增透作用明顯。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用水力沖孔形成大量孔洞裂隙，確保了孔洞周圍煤體充分卸壓，增強(qiáng)了煤體透氣性，提升了瓦斯抽采效果，消除了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。